ガス検出器を用いた 低エネルギー不安定核ビーム実験

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1 ガス検出器を用いた 低エネルギー不安定核ビーム実験
　　　　　　　ガス検出器を用いた　　　　　　　　低エネルギー不安定核ビーム実験 KEK　 橋本　尚志 MPGD研究会＠京都大学

2 低エネルギー不安定核反応の測定 (α,n)、(p,n)反応の直接測定

3 MSTPC –Multiple-Sampling and Tracking Proportional Chamber-
251mm 反応 dE/pad (200mm) (30mm) 80mm 特徴 1. 注目する反応系にあわせてガスを選択できる 2. 広いエネルギー領域を一度に測定可能である 3. Active target方式を採用、検出効率はほぼ100% 4. イベントごとにチャンネルを分離して測定可能（飛跡検出器） 5.ゲーティンググリッドにより選択的にイベントを取得→104Hzまで安定

4 Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Residual Fitted line 8Li-beam ～16%(FWHM)

5 Reaction event! 低エネルギーの測定を考えたとき… ビーム軸方向の分解能(1cm) ↓ 1pad内でイベントが終わってしまい イベント選別が困難 小さな断面積の測定 ～105Hz程度の打ち込み時の耐性 Beam event? X position Pad number Energy loss Pad number

6 GEM+MSTPCシステムの採用 利点 GEMを重ねることで比較的容易にガス増幅率が稼げる　　　→複数GEMを重ねることで　　　 104～105を達成可能　　 陽イオンの掃き出しがはやい　→本質的にレートに強い padとanode wireのアライメントを気にしなくて良い →容易にピッチを小さく出来る→位置分解能の向上 Roof GEM beam pad

7 P=200torr, He+CO2(10%),Ecm=0.3MeV pad幅を1/3にした場合
ピッチを容易に小さく出来る 同じ回路数で2倍の分解能 8Li(α,n)11B反応測定を例に取ると… P=200torr, He+CO2(10%),Ecm=0.3MeV pad幅を1/3にした場合 イベントＩＤが可能な立体角（解析の効率） 60％ 80%

8 ビームの空間的広がりを考慮すれば 105～106Hzはいけそう
レート耐性 新しいRNB加速実験装置 Tokai Radioactive Ion Accelerator Complex (TRIAC) 104～106Hzの不安定核ビームを供給。 Estimation 6×105Hz/mm2のX-rayで問題なし 　　　　　　　　　　　　　　10５のガスゲインを仮定 ×1010　electron-ion pair/sec/mm2 He+CO2(10%)の混合ガス(200torr)　 Heビーム(1MeV/u)を仮定　　　　　 W値42.5eV/electrom-ion pairs, energy loss12keV/mm →2.8×102 electrom-ion pairs×103(ガスゲイン) ～3×105　electron-ion pair/event 　　　　　　　　　　ビームの空間的広がりを考慮すれば　　　　　　　　105～106Hzはいけそう

9 まとめ MSTPC 荷電粒子の３次元トラックとそれに沿ったエネルギーロスを 同時に測定。
　　荷電粒子の３次元トラックとそれに沿ったエネルギーロスを　　　同時に測定。 　　→イベントセレクションを精度良く容易に行える。　　　　　　　　　　　位置分解能（x,z）　　～0.2mm　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　エネルギー分解能　　16%(FWHM) 　　　　104Hzまでは安定動作 将来計画 　　GEM+padのシステムを開発。上記性能に加えて　　　　　　　　　→ビーム軸方向の位置分解能の向上　　　　　　　　　　　　　　　　 高レート耐性（105Hz以上）を狙う。 2004 2005 2006 デザインワーク 試作機製作 オフラインテスト ビームテスト 実戦投入

10 Corroborators KEK 石山博恒 田中雅彦 渡辺裕 宮武宇也 平山賀一 今井伸明 渕好秀 鄭淳讃 吉川宣治 川上広金
　 今井伸明　渕好秀　鄭淳讃 吉川宣治　川上広金 片山一郎　野村亨 東理大 石川智子　中井浩二 原研　　　　 池添博　光岡真一　西尾勝久　松田誠　市川進一　 　　　　　　　　 Pranab Kumar SAHA 大阪大　　　 古川武　出水秀明　下田正 大阪電通大 溝井浩 Suranjan Kumar DAS 福田共和

11 低エネルギー不安定核反応の測定 一般に安定核ビームに比べ低輝度 効率のよい検出器必要 ビーム強度：～104pps
一般に安定核ビームに比べ低輝度　　　効率のよい検出器必要 target 9Be 42 mm 7Li(9Be,8Li) 純度99% ビーム強度：～104pps エネルギー：1～2MeV/u 全効率：～15% 数日間の測定で10mbの断面積を10％の精度で測定可能

12 エネルギーロスと粒子の軌跡 α(8Li,11B)n 反応 弾性散乱

13 Gating Grid ドリフト電子のコントロールによりトリガーのかかった時のみガス増幅をかけるシステム
P. Nemethy et al., NIM212(1983)273 ドリフト電子のコントロールによりトリガーのかかった時のみガス増幅をかけるシステム

14 10kppsまでの高レート打ち込みで安定動作する
Gating Grid の効果 Gating grid 使用前 波高変動～15％ Gating grid 使用後 波高変動<2% 10kppsまでの高レート打ち込みで安定動作する

15 8Li(α,n)11B反応測定結果 Ex in 11B averaged branching ratio
(MeV) present previous (21) 24.3(126) (12) 15.2(104) (22) 4.2(72) (27) 6.1(57) (27) 13.0(80) (15) 12.5(104) (12) 10.6(71) (05) 0.0(21) (67) present: Ecm = MeV previous: Ecm = MeV 過去に行われた測定と比べ 　　　　　　　　 　中性子を同時測定した結果とは誤差内で一致　　　中性子を同時測定しない結果の60%

16 ガス増幅率 GEM３枚重ねで希ガス100%（ArやXe)での報告あり。Heでも可能か？
現在のMSTPCのガス増幅率：　5.9×10３　（He+CO2（10％）、P=150torr、Vanode=700V） 全エネルギーロス（～300keV)中CO2の担うエネルギーロス=～150keV Heのみで同程度の波高を得るならば～1.2×104の増幅率が必要 GEM３枚重ねで希ガス100%（ArやXe)での報告あり。Heでも可能か？

17 ビームの空間的広がりを考慮すれば 105～106Hzはいけそう
レート耐性 新しいRNB加速実験装置 Tokai Radioactive Ion Accelerator Complex (TRIAC) 104～106Hzの不安定核ビームを供給。 Estimation 6×105Hz/mm2のX-rayで問題なし 　　　　　　　　　　　　　　10５のガスゲインを仮定すると1×10-8　Ｃ/sec/mm2 He+CO2(10%)の混合ガス(200torr)　4Heビームを仮定　　　　　W値42.5eV/ion pairs, energy loss12keV/mm(1MeV/u) →2.8×102 ion pairs×104(ガスゲイン)=5×10-13　Ｃ/event 　　　　　　　　　　ビームの空間的広がりを考慮すれば　　　　　　　　105～106Hzはいけそう